Курсовая работа: Расчет реверсивного электропривода

Система управления преобразовательным устройством предназначена для формирования и генерирования управляющих импульсов определенной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющие электроды вентилей преобразователя. В настоящее время широкое распространение получили электронные (полупроводниковые) системы управления вентильными преобразователями, так как они имеют ряд преимуществ перед электромагнитными системами: высокое быстродействие, надежность, малая потребляемая мощность и малые габариты.

Системы управления, в которых управляющий сигнал имеет форму импульса, фазу которого можно регулировать, называют импульсно-фазовыми.

Системы управления выполняют по синхронному и асинхронному принципам.

Синхронный принцип импульсно-фазового управления преобразователями является наиболее распространенным. Его характеризует такая функциональная связь узлов СУ, предназначенных для получения управляющих импульсов, при которой синхронизация управляющих импульсов осуществляется напряжением сети переменного тока.

Асинхронные системы управления преобразователями применяются при существенных искажениях напряжения питающей сети, в частности при значительной несимметрии трехфазных напряжений по величине и фазе. Использование в таких условиях синхронной системы невозможно ввиду получающейся недопустимой асимметрии в углах а по каналам управления тиристорами. Наиболее распространены асинхронные СУ в преобразователях, потребляющих мощность, соизмеримую с мощностью питающей сети. В данном проекте необходимо использовать синхронную систему управления.

Существуют системы управления, построенные по горизонтальному и вертикальному принципу. Горизонтальное управление не нашло широкого распространения, так как мостовые фазовращатели критичны к форме и частоте подаваемого напряжения. Из-за этого выбираем систему управления, построенную по вертикальному принципу.

Функциональная схема СИФУ изображена на рис 3.1 и содержит:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения (трехфазный трансформатор);

ГОН - генератор опорного напряжения;

Н01,Н02- нуль-органы;

УИ - усилитель импульсов;

ВУ - выходное устройство;

ФИ - формирователь импульсов;

УО- управляющий орган.

4. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ (СИФУ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Для расчета основных элементов системы импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователя принимаем для конструирования цифровые микросхемы серии К176, а аналоговые типа К140УД8А.

Микросхемы серии К561.

Микросхема К140УД8А. Операционный усилитель общего назначения с полевыми транзисторами во входном каскаде и внутренней частотной коррекцией.

4.1 Расчет и выбор генератора опорного напряжения

Для работы СИФУ используется косинусоидальное или линейное пилообразное опорное напряжение, максимальное значение которого должно находиться в точках естественной коммутации вентилей.

Выбираем генератор опорного косинусоидального напряжения (рис 4.1). Он состоит из трансформатора синхронизации (ИСН), действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки U2m = 15 В, и инвертирующего усилителя (на основе операционного усилителя).

Чтобы максимальное значение опорного напряжения находилось в точках естественной коммутации вентилей, берем напряжение последующей фазы трансформатора синхронизации и инвертируем его с помощь инвертирующего усилителя. Этим достигается нужный сдвиг косинусоиды на 60°.

Рис 4.1. Электрическая схема генератора опорного напряжения.

Выбираем Rз=R4=12 кОм, тогда коэффициент передачи усилителя на ОУ будет равен единице, т.к. для пропорционального П-регулятора собранного на DA1.1 преобразование входного сигнала осуществляется с коэффициентом k=R4/R3=12/12=1.

Амплитудное значение опорного напряжения на входе инвертора

Uоnm=(1,1... 1,2)∙Uзад max= (1,1... 1,2)∙10 = 12 В. Для соответствия напряжения U2m с Uоnm на входе инвертора ставим делитель напряжения (R1, R2). Тогда коэффициент передачи делителя напряжения:

Kд= ==0,8.

Так как делитель напряжения является источником по отношению к инвертирующему усилителю, то должно выполняться условие R1+R2«R3.

Принимаем значение R2 в пределах 820 Ом... 1,0 кОм, т.е. R2= 910 Ом и из соотношения

Кд= получаем R1= R2∙=910≈ 227,5 Ом.

Из стандартного ряда выбираем значение R1=230 Ом.

4.2 Расчет и выбор нуль-органа

С помощью нуль-органа опорное напряжение генератора сравнивается с управляющим напряжением Uynp преобразователя. Когда опорное напряжение в (процессе его увеличения или уменьшения) достигает напряжения Uynp на выходе нуль-органа возникает импульс, который поступает на формирователь отпирающих импульсов. Принципиальная электрическая схема нуль-органа представлена на рис. 4.2.

Рисунок 4.2. Электрическая схема нуль-органа.

Выбираем R5=R6=12 кОм. Амплитудное значение опорного напряжения равно 12В, а максимальное напряжение управления равно 10В. Максимальное значение их разности составляет 22В, что превышает максимально допустимое значение входного напряжения ОУ. Поэтому для защиты ОУ ставим два диода, включенных встречно-параллельно. Выбор диодов производим по прямому току и по максимальной величине обратного напряжения с коэффициентом запаса равным 2. Выбираем по [8] тип диода и записываем его параметры.

Из справочника выписываем технические данные применяемых полупроводниковых диодов

Проверяем диод по параметру Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условию Uобр> 22∙2= 44В. В данном случаи условие соблюдается, так как 50> 44 В.

Определим прямой ток: Iпр== 0,00092А=0,92 mA. Условие Iдоп= 50mA>Iпр=0,92 mA – выполняется.

4.3 Расчет и выбор формирователя длительности импульсов и элементов согласования с логикой

Формирователь длительности импульсов служит для формирования отпирающих импульсов определенной длины, которые после усилителя поступают на управляемый тиристор.

Принципиальная электрическая схема формирователя длительности импульсов и элементов согласования с логикой представлена на рис.4.3.

Рисунок 4.3. Формирователь длительности импульсов

Формирователь импульсов собран на ОУDА2.1. Он представляет собой дифференцирующее с замедлением звено, который описывается уравнением

h(t) = ,

где Т1= С1∙ R8 ,Т2 = С1∙R7-постоянные времени.

Вход данной цепи подключен к нуль-органу и переход напряжения на входе составляет ∆Uвх=2Uоу нас.

Величину напряжения импульса принимаем равным Uynp=9 В.

Для нормального открывания тиристоров необходимо обеспечить длительность импульса 7° -10º.

Время импульса составляет:

tu= =0,39÷0,56 мс.

Принимаем tu =0,5мс.

Скачёк напряжения на выходе формирователя длительности импульсов в момент переключения нуль-органа примем: Uu max=12B.

В начальный момент времени t=0, подставив в переходную функцию получим:

Uупр max=∙ ∆Uвх.

Отсюда

= Uупр max/∆Uвх.

Далее, подставляя в соотношение

Uвых= ∆Uвх ∙ значения Uвых=Uynp, Uвых=∆Uвх =26В;  и время t=tu=0,5мc, находим Т2:

Т2= –=–= 1,74 мс.

Принимаем величину С1=82...150нФ, берём С1= 110нФ= 1,1∙10-7Ф определяем сопротивление R7

R7 =  ==15820 Ом и выбираем ближайшее стандартное значение

R7= 16 кОм.

Из соотношения  =  рассчитываем значение R8:

R8=∙16= 7,38 кОм, принимаем R8= 7,5 кОм.

Из критерия величины нагрузки для ОУ выбираем R9=9,1 кОм.

Для согласования сигналов формирователя длительности импульсов по уровню и знаку с логическими элементами служит стабилитрон VD3, напряжение стабилизации Ucm которого выбирают в пределах 10... 12 В, выбираем стабилитрон Д814В у которого напряжение стабилизации Uст=10,2 В.

Выбираем величины сопротивлений инвертирующего усилителя, собранного на ОУ DA2.2, исходя из того, что необходимо получить коэффициент передачи равный единице. Принимаем R10=R11=12 кОм.

4.4 Расчет и выбор усилителя импульсов

Мощность сигнала, получаемого из выхода формирователя длительности импульсов мала. Усилитель импульсов предназначен для усиления импульсов перед их подачей в цепь управляющего электрода силового тиристора.

Принципиальная электрическая схема усилителя импульсов представлена на рис.8.

Рисунок 4.4. Электрическая схема усилителя импульсов

На схеме (рис.4.4) ТЗ-импульсный трансформатор с числом витков w1=225 и w2= 150. Исходя из этого коэффициент трансформации равен

kmp = ==1,5.

Величина напряжения импульса

Uупр === 10 В.

Зная величину тока управления открытия (табл.2.2) тиристора Iупр, находим сопротивление цепи управления

Rцу===33,3 Ом.

Падение напряжения на управляющем электроде VS1.1 и диоде принимаем по 0,7В, отсюда находим их эквивалентное сопротивление

Rэ= =4,66 Ом.

Для ограничения тока управления VS1.1 необходимо сопротивление

R15= Rц.y. - Rэ=33,3 -4,66 = 28,6 Ом, которое выбирают из стандартного ряда, т.е. R15=30 Ом. Выбираем стабилитрон VD6 по требуемому напряжению стабилизации 6,8 В из [8] – Д815Б. Диод VD7 выбирают по прямому току и обратному напряжению с коэффициентом запаса равным 2.

Из справочника выписываем технические данные применяемых полупроводниковых диодов.

Проверяем диод по параметру Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условию Uобр> 10∙2= 20В. В данном случаи условие соблюдается, так как 100В > 20 В.

Прямой ток: Iпр=300 mA. Условие Iдоп= 300mA>Iпр=300 mA – выполняется.

Находим ток первичной обмотки импульсного трансформатора:

I1 = ==200 мА.

Требуемый коэффициент передачи базового тока транзисторов VT1, VT2:

h===1600 , h21= ==40,

где Iб - выходной ток элемента ИЛИ – НЕ, для К561ЛЕ5 – Iб = 0,25 мА;

По [9] выбираем транзистор и выписываем его параметры Iкmах, h21э, Uкэнас,

Uкэmax. Выбираем транзистор КТ603А (п-р-п): Iкmах = 300мА, h21 = 20, Uкэнас = 1В, Uкэmax = 30В.

Пересчитываем базовый ток VT1:

Iб = == 1мА.

Рассчитываем сопротивление R14:

R14= ==46,7 Ом.

Рассчитываем сопротивление R12:

R12 ≤ == 9 кОм.

где Uвх - напряжение на входе устройства равное Uэлемента ИЛИ-НЕ; Iб -базовый ток транзистора VT1.

Для уменьшения начального тока коллектора транзистора VT2 между базой и эмиттером ставим сопротивление R13=820 Ом ... 1,5 кОм, принимаем R13= 1 кОм.

Диод VD5 выбираем из [8] по прямому току и обратному напряжению с коэффициентом запаса равным 2 и выписываем его параметры.

Из справочника выписываем технические данные применяемых полупроводниковых диодов.

Проверяем диод по параметру Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условию Uобр> 15∙2= 30В. В данном случаи условие соблюдается, так как 100В > 30 В.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5